Со временем физики научились не только получать электрические заряды (это не так уж и сложно), но и накапливать их в больших количествах в специальных конденсаторах – лейденских банках. Их изобрели в 1745 году голландский ученый Питер ван Мушенбрук (1692–1761) и его ученик, жившие в Лейдене, поэтому банки так называются. Это открытие позволило более детально изучить поведение электрических зарядов. А самое главное – то, как заряды могут перемещаться в пространстве. Выяснилось, что заряды могут «перебегать» с одного тела на другое (хотя и не все тела одинаково хорошо проводят электричество). Такое направленное движение электрических зарядов получило название электрический ток. Его в обычной жизни мы тоже называем электричеством.

Изучая различные механические процессы, мы привыкли думать, что взаимодействие между телами происходит за счет их непосредственного контакта или даже столкновения. Но это лишь одна часть всех сил, существующих в природе, – контактные силы. Например, сила трения, сила реакции опоры, даже сила сопротивления воздуха, которая тоже возникает при непосредственном контакте с воздухом.

Однако есть и другие взаимодействия, которые происходят без непосредственного контакта между телами, когда взаимодействующие тела расположены на некотором (иногда даже очень большом) расстоянии друг от друга. Такие силы называются бесконтактными. Например, уже знакомая нам гравитация. Ведь когда книга падает на пол под действием гравитации, никакого контакта между книгой и полом нет (во всяком случае, пока книга не упадет). Пол или планета Земля ни за какую веревку не притягивает эту книгу к себе. Но тем не менее существует какая-то сила, вынуждающая книгу двигаться по направлению к Земле. Та же самая сила гравитации удерживает Луну на орбите Земли, не давая ей улететь в космос. Да и сама Земля вращается вокруг Солнца тоже под действием гравитации, несмотря на то что их разделяют миллионы километров пустого пространства. Еще одним примером бесконтактной силы является электростатическая сила, возникающая между заряженными телами. Она также действует на расстоянии, без контакта между телами.

Так вот, для описания такого рода взаимодействий физикам пришлось изобрести концепцию поля. Ее впервые предложил выдающийся английский физик Майкл Фарадей (1791–1867) в своей работе 1845 года, и с тех пор различные поля стали одним из основных инструментов описания всевозможных процессов и явлений. Для обыденного сознания это довольно абстрактная идея, поэтому вокруг полей существует множество мистификаций, на эту тему очень любят поспекулировать совсем далекие от науки «специалисты». На самом же деле идея поля довольно проста. Полем называется физическая величина, заданная в каждой точке пространства. Звучит пока очень абстрактно, правда? Но давайте разберем это на нескольких примерах.

1) Рассмотрим пространство вашей комнаты. Измерим температуру в каждой ее точке. И если у нас будет достаточно точный термометр, то мы увидим, что в разных точках пространства значения температуры немного отличаются: где-то чуть холоднее, где-то чуть теплее. Составив таким образом полную карту температур вашей комнаты, мы получим температурное поле или поле температур. Подобным образом поступают синоптики, когда составляют карты средних температуры или количества осадков в каждой точке земного шара или какой-то его области.

Такие поля называются скалярными, потому что температура – это скалярная величина: мы каждой точке пространства приписываем некоторое число (значение температуры в этой точке).

Рис. Средняя месячная температура воздуха в январе 2015 г. (в °C). Источник: ФИПИ, Открытый банк заданий ЕГЭ, URL: https://ege.fipi.ru/bank/index.php?proj=20E79180061DB32845C11FC7BD87C7C8

2) Для следующего примера давайте поставим в вашей комнате вентилятор. И будем теперь в каждой точке комнаты измерять не температуру, а скорость ветра. Мы увидим, что в разных точках скорость ветра тоже отличается: где-то ветер дует чуть сильнее, где-то – чуть слабее; в каких-то точках ветер дует вверх, а в каких-то дует вниз, а в каких-то (например, за шкафом) вообще не дует. Составив таким образом полную карту скорости ветра вашей комнаты, мы получим поле ветра.